POI系統(tǒng)無源互調(diào)的現(xiàn)場測試

前言

在蜂窩通信系統(tǒng)中，為了充分共享資源，降低投資，運(yùn)營商大量采用了多系統(tǒng)接入平臺(Point of Interface， 簡稱POI系統(tǒng))。POI系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)分布系統(tǒng)以及地鐵、隧道通信等場合。POI系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，可分為收發(fā)共路雙向和單向，收發(fā)分路雙向和單向等結(jié)構(gòu)。

在POI系統(tǒng)中，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的CDMA800、GSM900、DCS1800制式和第三代移動(dòng)通信WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000制式以及第四代移動(dòng)通信LTE制式共存，另外還會有WLAN(無線局域網(wǎng))的加入。

我們知道，當(dāng)任何無源器件中存在兩個(gè)以上載頻時(shí)，會產(chǎn)生無源互調(diào);互調(diào)產(chǎn)物達(dá)到一定幅度時(shí)，就會影響系統(tǒng)的正常通信。在蜂窩通信中，無源互調(diào)是運(yùn)營商十分關(guān)注的問題。

在POI系統(tǒng)出廠之前，會對每個(gè)端口的無源互調(diào)指標(biāo)進(jìn)行測量，這些測量都是針對某個(gè)頻段進(jìn)行的，比如GSM900體制的880-915MHz/925-960MHz頻段。在本文中，通過實(shí)測案例討論了一種POI系統(tǒng)無源互調(diào)的在線測試方法。

典型的POI系統(tǒng)

圖1是一個(gè)典型的POI系統(tǒng)示意圖，其中包括了CDMA800、GSM900、DCS1800、TD-SCDMA和WCDMA制式共8個(gè)載頻最終合成到一路輸出。這些系統(tǒng)分別屬于不同的運(yùn)營商，圖中注明了各個(gè)運(yùn)營商的制式以及各個(gè)通路的工作頻段。

圖1、典型的多系統(tǒng)接入平臺(POI系統(tǒng))

簡化分析起見，你可以將圖1中的各個(gè)通路視為不同頻段的濾波器，并在ANT.端口合成。要了解本文所描述的觀點(diǎn)，這就足夠了。更多有關(guān)POI系統(tǒng)的介紹，可以查閱相關(guān)資料或產(chǎn)品手冊[1]。

POI系統(tǒng)的無源互調(diào)問題

由于多載頻的存在，與單一頻段相比，POI系統(tǒng)的無源互調(diào)分析變得復(fù)雜了。當(dāng)POI設(shè)備接入到室內(nèi)分布系統(tǒng)中時(shí)，情況產(chǎn)生了以下變化：

1) POI系統(tǒng)的出廠測試條件是2×43dBm，而在實(shí)際使用中，ANT端口可能要承受8×43dBm(圖1)甚至更大的功率，通常POI的設(shè)計(jì)承受平均功率高達(dá)1kW。目前工程上和學(xué)術(shù)上對兩載頻條件下互調(diào)幅度的變化規(guī)律已經(jīng)有了初步認(rèn)識[2]，而對于多載頻情況下的互調(diào)規(guī)律，還需要進(jìn)一步的探討;

2) POI系統(tǒng)互調(diào)的出廠測試是在同頻段進(jìn)行的，而在實(shí)際使用時(shí)是多載頻共存的;

3) 會產(chǎn)生一些二次諧波干擾問題。

有關(guān)POI系統(tǒng)的無源互調(diào)測量，有二種不同的觀點(diǎn)。第一種觀點(diǎn)認(rèn)為只要分別測量系統(tǒng)各輸入端的反射互調(diào)，就可以說明整個(gè)系統(tǒng)的互調(diào)問題。這種測試方法很容易實(shí)現(xiàn)，只要在所有空閑端口加上低互調(diào)負(fù)載，用標(biāo)準(zhǔn)的無源互調(diào)測量系統(tǒng)分別測量輸入端口的反射互調(diào)即可。

第二種觀點(diǎn)則要求從系統(tǒng)的輸入端加入相應(yīng)的功率，在輸出端口測量所有可能出現(xiàn)的互調(diào)。由于模擬了真實(shí)的工作環(huán)境，所以系統(tǒng)運(yùn)營商們傾向于這種測量方法。要在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)這種測量方法，需要多個(gè)大功率信號源。而在POI系統(tǒng)現(xiàn)場測試，則可以利用系統(tǒng)中RRU(Remote Radio Unit 遠(yuǎn)端射頻模塊)作為信號源，這種方法真實(shí)反映了被測系統(tǒng)的情況，也是本文要討論的話題。

POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試方法

圖2類似于傳輸互調(diào)的測試方法[3]，將低互調(diào)定向耦合器接在被測POI的輸出端，部分載頻和互調(diào)從耦合端輸出，互調(diào)頻段的濾波器用于濾除載頻信號，取出測試者關(guān)心的互調(diào)產(chǎn)物，低噪聲放大器則用于補(bǔ)償耦合損耗并將測到的互調(diào)信號送至頻譜分析儀。

圖2、POI系統(tǒng)無源互調(diào)的現(xiàn)場測試方法—傳輸互調(diào)

圖2的測試中將RRU和POI視為一個(gè)整體，系統(tǒng)中的RRU直接作為測試信號源，根據(jù)實(shí)際情況，測試者可以開啟系統(tǒng)中任意個(gè)RRU，同時(shí)通過更換耦合端的濾波器來觀察落入不同頻段的互調(diào)產(chǎn)物。用這種方法可以評估整個(gè)系統(tǒng)的無源互調(diào)性能。

圖3是進(jìn)一步定位互調(diào)源的一種測量方法。用這種方法可以測量落入RRU上行頻段的反向互調(diào)，這種互調(diào)產(chǎn)物將影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，因此更為運(yùn)營商所關(guān)注。

圖3、POI系統(tǒng)無源互調(diào)的現(xiàn)場測試方法—反向互調(diào)

反向互調(diào)的形成原因是其中一個(gè)RRU信號經(jīng)過POI系統(tǒng)反向進(jìn)入另一個(gè)RRU，并在其輸出端產(chǎn)生互調(diào)[4]。如果接在POI設(shè)備后端的無源器件產(chǎn)生反射互調(diào)，也會在圖3的測試系統(tǒng)中被測到。

POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試案例

測試在某個(gè)室內(nèi)分布系統(tǒng)中進(jìn)行。這個(gè)系統(tǒng)中，聯(lián)通反映其WCDMA的上行頻段(1940-1955MHz)受到干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

圖4、POI系統(tǒng)無源互調(diào)的現(xiàn)場測試—合成端

我們參照圖4連接了測試系統(tǒng)，在系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)下測試了POI系統(tǒng)合成輸出端的互調(diào)(圖5)。

圖5、POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試—合成端的測試結(jié)果

測試結(jié)果顯示，在POI的合成端并無落入1940-1955MHz的互調(diào)信號。而圖中顯示的1960-1966MHz的信號，并非測試者所關(guān)注的頻段，不在此贅述。

為了進(jìn)一步查找互調(diào)，我們參照圖3的測試原理將測試系統(tǒng)接入到WCDMA的RRU輸出端(圖6)，結(jié)果

發(fā)現(xiàn)了聯(lián)通所反映的落入1940-1945MHz頻段的信號(圖7a)，這些信號直接流向聯(lián)通的WCDMA RRU，其幅度超過-90dBm，足夠?qū)CDMA的上行產(chǎn)生干擾了。

圖6、POI系統(tǒng)無源互調(diào)的現(xiàn)場測試—反向互調(diào)

為了證明該信號是系統(tǒng)的互調(diào)產(chǎn)物而非某個(gè)終端用戶正在通話，我們關(guān)閉了移動(dòng)的RRU(2300-2483MHz),此時(shí)1940-1945MHz頻段的信號消失了(圖7b)，這就可以證明該信號是由系統(tǒng)產(chǎn)生的。

圖7a)、移動(dòng)2300-2483MHz/聯(lián)通2130-2145MHz同時(shí)開啟

圖7b)、移動(dòng)2300-2483MHz關(guān)閉/聯(lián)通2130-2145MHz開啟

圖7、POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試—反向互調(diào)的測試結(jié)果

測試結(jié)果表明干擾信號來自POI系統(tǒng)內(nèi)部及后續(xù)的室內(nèi)分布系統(tǒng)，為了進(jìn)一步確定干擾來源，我們在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)了圖6所示的測試系統(tǒng)。

POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試的實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)

圖8顯示了實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)的測試方法，我們在POI系統(tǒng)后面分別接標(biāo)準(zhǔn)低互調(diào)負(fù)載、長電纜加標(biāo)準(zhǔn)低互調(diào)負(fù)載、長電纜加室內(nèi)分布系統(tǒng)天線，在這三種情況下測得的頻率為1945MHz的反向互調(diào)值分別為-116.91dBm、-108.87dBm和-80.06dBm(圖9)。

通過更換終端所接負(fù)載的不同測試結(jié)果表明，系統(tǒng)的互調(diào)與終端所接負(fù)載的無源互調(diào)值有關(guān)。圖9a是標(biāo)準(zhǔn)的低互調(diào)負(fù)載，其PIM表現(xiàn)良好;圖9b在POI和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載中接入了一條長電纜，測試結(jié)果顯示了這條長電纜所引入的PIM輕微惡化;而圖9c則是采用了室內(nèi)分布系統(tǒng)常用的天線，結(jié)果顯示PIM急劇惡化，這種情況下，系統(tǒng)已經(jīng)無法正常工作。

圖8、POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試的實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)

圖9a)、端接標(biāo)準(zhǔn)低互調(diào)負(fù)載

圖9b)、端接長電纜加標(biāo)準(zhǔn)低互調(diào)負(fù)載

圖9c)、端接長電纜加室內(nèi)分布天線

圖9、POI系統(tǒng)端接不同負(fù)載時(shí)的PIM表現(xiàn)

POI系統(tǒng)無源互調(diào)現(xiàn)場測試系統(tǒng)介紹

上述測試采用了由BXT Technologies開發(fā)生產(chǎn)的現(xiàn)場無源互調(diào)和雜散測試系統(tǒng)(圖10)，型號命名為GTR-0727LIM，分為內(nèi)置頻譜儀和外置頻譜儀兩個(gè)版本。可以測量FDD制式蜂窩基站或POI系統(tǒng)下行頻段、各種TDD制式載頻產(chǎn)生的，落入到其他蜂窩通信上行頻段和TDD頻段的互調(diào)干擾信號;也可以測量共站共址條件下基站之間的反向串?dāng)_。

圖10、GTR-0727LIM型現(xiàn)場互調(diào)和雜散測試系統(tǒng)

GTR-0727LIM依照IEC63027標(biāo)準(zhǔn)和各種現(xiàn)場測試的要求設(shè)計(jì)。其最大測試功率是1kW(CW)，可以測量一個(gè)十通道、每路功率為100W的POI系統(tǒng)互調(diào)，測試頻率范圍是0.7-2.7GHz，其主通道的插入損耗小于0.2dB。GTR-0727LIM內(nèi)置四個(gè)常用的互調(diào)濾波器，具備外置濾波器的測試通路，對被測基站的載頻進(jìn)行了深度抑制，而對關(guān)注頻段采用了0dB損耗設(shè)計(jì)，可測量低至-127dBm的互調(diào)或雜散干擾。

GTR-0727LIM采取了低無源互調(diào)技術(shù)，支持多載頻輸入，其剩余無源互調(diào)產(chǎn)物小于-165dBc@2*20W，保證了測試結(jié)果的可信度;支持在線測量，保證被測基站和POI系統(tǒng)在測試過程的正常工作。GTR-0727LIM可以接入到被測系統(tǒng)的任意點(diǎn)，判定干擾源是來自測試點(diǎn)的左側(cè)還是右側(cè)，這種特點(diǎn)十分適合用于以下場景：

1)在POI和室內(nèi)分布系統(tǒng)的安裝和調(diào)試過程中，可以將逐段測試已經(jīng)安裝好的系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)安裝完畢后，測試也同時(shí)完成了。

2)當(dāng)正在運(yùn)營中的系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時(shí)，可以采用GTR-0727LIM準(zhǔn)確測量并區(qū)分干擾時(shí)來自POI系統(tǒng)還是后續(xù)的室內(nèi)分布系統(tǒng)。

GTR-0727LIM提供客戶化設(shè)計(jì)，可用于移動(dòng)通信工程商和運(yùn)營商，無線電監(jiān)測站等單位。

與常見的自帶信號源的無源互調(diào)測量系統(tǒng)相比，GTR-0727LIM的最大特點(diǎn)是利用了被測系統(tǒng)中的RRU作為信號源，除了大大降低成本以外，更加重要的一點(diǎn)是——真實(shí)地反映了整個(gè)被測系統(tǒng)的無源互調(diào)情況。

結(jié)束語

本文通過實(shí)際案例討論了一種非常具有實(shí)用價(jià)值的測試方法和測試設(shè)備，這種方法可以準(zhǔn)確判定一個(gè)室內(nèi)分布系統(tǒng)的互調(diào)是由POI設(shè)備所產(chǎn)生的還是由后續(xù)主通路中的無源器件所產(chǎn)生的。